单通道GPS模拟信号源设计与开发

论文摘要

全球定位系统(GPS)硬件信号源可以精确模拟接收机所接收的GPS卫星信号,用于对接收机的捕获、跟踪以及定位解算精度进行测量,为GPS接收机的开发和验证以及其他新技术的运用提供开发环境和测试验证平台。由于涉及军事保密领域,可参考的有用资料非常少,硬件信号源的研制在国内仍属空白,国外这类产品对我国是严格禁售的。但是GPS信号源的研制,尤其是硬件信号源的研制对于我国有效利用或对抗GPS系统,以及开发我国自己的卫星导航系统又有着非常重要的现实意义。本文根据GPS中频信号数学模型和软件仿真的结果,给出了GPS信号硬件模拟器的设计实现方案,主要信号产能的功能由一块基于CPCI总线的信号处理卡完成,另外为了使这个信号源具有一定的实时可配置性,采用了一块基于CPCI总线的控制器作为上位机。信号处理卡上的硬件采用了模块化设计,分为控制模块、信号发生模块和时钟管理模块,各模块协同工作并具备可扩展性。为了使得信号源产生的模拟信号能够高度接近目前的真实GPS信号,在信号源的实现方案中加入了包括P码发生、BOC调制和Interplex调制等关键技术,文中对这些技术做了简要介绍和讨论。还介绍了设计完成后的硬件信号源的整个工作流程。完成的信号源能够输出包含C/A码、P码和M码的中频或射频GPS模拟信号,并可以通过上位机实时配置信号码型、信号强度、调制方式、载波多普勒值和码多普勒值等多种参数。观察信号源产生的模拟信号频谱,与真实GPS信号频谱一致,再使用本身已得到验证的GPS硬件接收机对其信号进行验证,结果显示GPS接收机能够正常地完成捕获、跟踪和定位解算,定位解算的结果与真实用户位置误差在设计允许范围之内。这表明GPS中频信号硬件模拟器能够精确地输出高度接近真实信号的模拟GPS信号,可以对软/硬接收机的开发、应用和验证提供高质量的测量环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 本章引论
• 1.2 课题背景与意义
• 1.2.1 全球定位系统（GPS）介绍
• 1.2.2 GPS 干扰技术介绍
• 1.2.3 GPS 现代化
• 1.2.4 文献综合评述
• 1.2.5 课题的提出
• 1.2.6 课题研究方法和论文结构安排
• 第2章 单通道GPS 模拟信号源设计目标
• 2.1 本章引论
• 2.2 GPS 模拟信号源的主要功能
• 2.3 GPS 模拟信号源的主要技术指标
• 2.3.1 GPS 模拟信号源输出信号码型
• 2.3.2 GPS 模拟信号源输出信号频点
• 2.3.3 GPS 模拟信号源输出信号码速率
• 2.3.4 GPS 模拟信号源输出信号码长
• 2.3.5 GPS 模拟信号源输出信号信息速率
• 2.3.6 GPS 模拟信号源输出信号调制方式
• 2.3.7 GPS 模拟信号源输出信号频率稳定度
• 2.3.8 GPS 模拟信号源输出信号电平控制
• 第3章 单通道GPS 模拟信号源设计开发方案
• 3.1 本章引论
• 3.2 单通道GPS 模拟信号源总体开发方案
• 3.2.1 单通道GPS 模拟信号源总体开发方案
• 3.2.2 CPCI 机箱简介
• 3.3 信号发生处理卡设计方案
• 3.3.1 CPCI 总线板卡简介
• 3.3.2 板卡主要器件简介
• 3.3.3 GPS 中频信号模拟器的数学模型
• 3.3.4 信号发生处理卡硬件设计
• 3.4 CPCI 控制器设计方案
• 3.4.1 CPCI 控制器
• 3.4.2 人机界面开发
• 3.5 GPS 模拟信号源工作流程
• 3.5.1 GPS 模拟信号源硬件工作流程
• 3.5.2 GPS 模拟信号源系统工作流程
• 3.5.3 系统协同工作实现难点
• 第4章 单通道 GPS 模拟信号源开发关键技术
• 4.1 本章引论
• 4.2 C/A 码本地发生技术
• 4.2.1 C/A 码发生
• 4.2.2 C/A 码设定
• 4.3 P 码本地发生技术
• 4.3.1 P 码发生
• 4.3.2 P 码设定
• 4.4 互复用（Interplex）技术
• 4.4.1 Interplex 技术简介
• 4.4.2 Interplex 技术比较和选择
• 4.5 BOC（偏移载波调制）技术
• 4.5.1 BOC 调制技术介绍
• 4.5.2 BOC 调制技术实现
• 第5章 单通道 GPS 模拟信号源的测试验证
• 5.1 本章引论
• 5.2 GPS 硬件接收机简介
• 5.3 测试验证信号源
• 5.3.1 测试方法
• 5.3.2 频谱观察
• 5.3.3 冷启动时间测试
• 5.3.4 热启动时间测试
• 5.3.5 定位精度测试
• 5.3.6 M 码捕获跟踪测试
• 5.4 模拟信号源测试结果
• 第6章 结论
• 6.1 单通道GPS 模拟信号源开发总结
• 6.2 个人工作评价
• 6.3 个人心得体会
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果